I ricercatori del CHU Sainte-Justine Hospital and Universite de Montreal hanno indagato i meccanismi sottostanti l’apprendimento e la formazione della memoria. I risultati del loro studio sono stati pubblicati su Nature Communications.
Guidato dal professor Roberto Araya, il team ha studiato la funzione e la trasformazione morfologica delle spine dendritiche, minuscole sporgenze situate sui rami dei neuroni, implicate nella plasticità sinaptica, ritenute il meccanismo alla base dell’apprendimento e della memoria. Questa è la prima volta che le regole della plasticità sinaptica, un processo direttamente correlato alla formazione della memoria nel cervello, sono state indagate con una metodologia che ci permette di comprendere meglio la plasticità neuronale e, in definitiva, come si formano i ricordi quando i neuroni della neocorteccia cerebrale ricevono flussi singoli e/o multipli di informazioni sensoriali.
Il cervello è composto da miliardi di cellule nervose eccitabili meglio conosciute come neuroni. Sono specializzati nella comunicazione e nell’elaborazione delle informazioni. Un esempio calzante e che rende l’idea è il seguente, immagina un albero, le radici sono rappresentate dall’assone, il tronco centrale dal corpo cellulare, i rami periferici dai dendriti e, infine, le foglie dalle spine dendritiche; quest’ultime ricevono informazioni eccitatorie da altre cellule e decidono se queste informazioni sono sufficientemente significative da essere amplificate e diffuse ad altri neuroni (Tazerart et al., 2020).
Questo è un concetto chiave nell’elaborazione, integrazione e archiviazione delle informazioni e quindi nella memoria e nell’apprendimento.
Le spine dendritiche fungono da zona di contatto tra i neuroni ricevendo input (informazioni) di forza variabile. Se un input è persistente, viene attivato un meccanismo mediante il quale i neuroni amplificano il “volume” in modo che possano “sentire” meglio quella particolare informazione (Caporale & Dan., 2008).
In caso contrario, le informazioni di un “volume” basso verranno ulteriormente abbassate in modo da non essere notate. Questo fenomeno corrisponde alla plasticità sinaptica, che implica il potenziamento o la depressione della forza di input sinaptica (Tazerart et al., 2020).
Questa è la legge fondamentale della plasticità dipendente dal tempo, o plasticità dipendente dal tempo di Spike (STDP), che regola la forza delle connessioni tra i neuroni nel cervello e si ritiene che contribuisca all’apprendimento e alla memoria (Tazerart et al., 2020).
In letteratura, la precisa organizzazione strutturale delle spine dendritiche e le regole che controllano l’induzione della plasticità sinaptica sono sconosciute. Il team di Araya è riuscito a far luce sui meccanismi alla base della STDP. Fino ad oggi, nessuno sapeva come gli input sinaptici (informazioni in arrivo) fossero disposti nell’albero neurale e cosa causasse precisamente una colonna vertebrale dendritica per aumentare o diminuire la forza, o il volume, delle informazioni che trasmette (Tazerart et al., 2020).
L’obbiettivo dei ricercatori era quello di estrarre “leggi di connettività sinaptica” responsabili della costruzione di ricordi nel cervello. Per lo studio sperimentale, il team ha utilizzato soggetti in età adolescenziale, dato che questo è un periodo critico per l’apprendimento e la formazione di memorie nel cervello. Utilizzando tecniche avanzate nella microscopia a due fotoni che imitano i contatti sinaptici tra due neuroni, i ricercatori hanno scoperto un’importante legge relativa alla disposizione delle informazioni ricevute dalle spine dendritiche. Il loro lavoro mostra che, a seconda del numero di input ricevuti (sinapsi) e della loro vicinanza, le informazioni verranno prese in considerazione e memorizzate in modo diverso, infatti se più di un input si verifica in un punto del neurone, la cellula considererà queste informazioni più importanti e aumenterà il suo volume (Tazerart et al., 2020).
Questa è una scoperta importante perché le alterazioni strutturali e funzionali delle spine dendritiche (i principali destinatari di input da altri neuroni), sono spesso associate a condizioni neurodegenerative, poiché il paziente non può più elaborare o memorizzare correttamente le informazioni. Comprendendo i meccanismi alla base delle dinamiche delle spine dendritiche e il modo in cui influiscono sul sistema nervoso, potremmo quindi essere in grado di sviluppare approcci terapeutici nuovi e potenzialmente più efficaci per il trattamento di malattie neurodegenerative (Tazerart et al., 2020).
